Фотоапарати

Подобно на повечето технически неща и при него има дълга поредица от открития, които са ставали в продължение на векове. И въпреки това за рожденна дата на фотографията се приема 7.01.1839г., когато френския учен Франсоа Доменик Араго докладва пред френската академия на науките за изобретяването на нов изобразителен метод. Въпросът за получаване на бърз и точен образ през тесен отвор вълнува още Аристотел (384-322г. п.н.е.). Разбира се не би могло да се твърди, че той първи я е открил, но той е първенеца, които отбелязва, че при няблюдение на слънчевите лъчи през листата на платан или през преплетени пръсти не се получава формата на отвора на ъгловото изображение, а се запазва формата на слънцето. През 11 век. идеята за “рисуване” на изображение се подема от арабския учен Абу Али Алхазен познат също като Ал Хаитхам. Той оказва много голямо влияние за развитието на “рисуването със светлина” (буквален превод на фото-графия) и най-вече върху оптиката. От идята на Аристотел той препоръчва да се гледа слънцето от тъмна кутия /стая/ с малък отвор, като подчертава, че ако отвора е по-голям, изображението се разпръсква и заема формата на отвора. Изображението се наблюдава върху лежаща срещу отвора плоскост. Тук вече можем да говорим за първообраза на фотоапрата, които тогава е бил наричан камера обскура – в бук. Превод “тъмна стая”. Големи заслуги за развитието на фотографията имат и други двама учени – Алжерт фон Болщет, известен под името Албертус Магнус и Роджер Бекон и все пак най-обширно описание придружено с множество чертежи оставя гения Леонардо да Винчи. За съжаление те са били писани на дрвен диалект и не са били разчетени от съвременниците му. За първи път той обяснява действието на камера обскура, като я сравнява с човешкото око. Той дава съвети на художниците как да я използват в своята работа. За разпространението на камера обскура допринася италинеца Джовани Батиста де ла Порта – дълго време той се смятал за неин откривател. По-късно един венециански благородник (1568) Даниеле Барбаро предлага в товора на камера обскура да се постави леща, което прави картината по-светла и по-точна. Негова заслуга е и диафрагмирането на лещата. той обяснява, че ако лещата се покрие и се остави малък отвор в средата изображението става по-ясно и отчетливо. За употребата на леща говори и Йохан Кеплер, които препоръчва вътрешните страни на камера обскура да се боядисат в черно, за да не се отразява светлината, а също така казва, че отвора трябва да бъде с определена големина. Той първи открива, че силата на светлината намалява обратно пропорционално на квадрата на разстоянието от изтчоника. Той поставя и т.нар. “Холандска тръба”, за да се получи по-едро изображение – всъщност Кеплер се явява основоположник на телеобектива. Макар и доста осъвършенствана камера обскура си остава доста голяма и неубодна по размери. За намаляването на размера и допринася Кристофор Шайнер, които я снабдява с комбинация от изпъкнали и вдлъбнати лещи. Едва през 17 век. се изобретяват мнозина малки макери. Едва през 19 век са налице предпоставките за получаване на трайно изображение, когато учените откриват елемента йод, а по-късно и брома – последния и и до днес се използва в някои сфери от фотографията. Първите опити за запазване на изображението правят братята Ниепс – първоначално това е ставало като върхъ стъклена плака се нанася асфалт, той се експонира през полупрозрачно изображение и осветените места се затвърдяат като се поставя лавандулово масло и петрол. Така се е получавало трайно релефно изображение. Пръв Дрегер открива метода за получаване на скритото фотографско изображение (върху йодна плака с живачен разтвор). Разбира се първите методи са отнемали доста време и са били доста сложнички. Постепенно времето за експониране (благодарение на най-различни подобрения) намалява от почти цял ден до 8-10 минути на слънце при обедно време. …

Tехниката и методите използвани при самото фотографиране. Начинът, по който се осъществява запазването на фотографския образ върху носителите на изображението – филми, стъклени или целулоидни фотоплаки, фоточувствителни хартии и др.

I – стъклена фотоплака, II – черно-бял филм:

      1 – подложка /стъклена или целулоидна/, 2 – желатинов слой, задържащ емулсията, 3 – противоореолен /противоотражателен/ слой, 4 – еднопластов или няколкопластов емулсионен слой, 5 – защитен слой от задъбен желатин.

      1 – гъвкава прозрачна основа, 2 – несенсибилизиран емулсионен слой, чувствителен към синьо-виолетовите лъчи, 3 – слой oчувствен към жълтите, оранжевите и зелените лъчи, 4 – слой oчувствен към червените лъчи, 5 – жълт филтърен слой, спиращ сините лъчи, 6 – зелен противоореолен слой.

      Най-често върху едната повърхност на тези носители е нанесен тънък емулсионен слой, наричан по-кратко емулсия (Фиг. 1.a и 1.b), съдържащ светлочувствителни вещества /сребърни халогениди или др./. За да се образува първоначалният фотографски образ, преди всичко е необходимо той да бъде оптично построен върху носителя чрез фокусиране на отразената или излъчена от обекта светлина, посредством фотографски обектив. Под въздейсвието на пропуснатата през обектива светлина, в емулсионния слой на носителя започват определени фотохимични процеси, които обаче не образуват веднага видим фотографски образ – той остава скрит /латентен/.

L₁ и L₂ – противопосочни светлинни лъчи, попадащи успоредно на главната оптична ос.
L₁‘ и L₂‘ – пречупени от системата лъчи.
F₁ и F₂ – главен преден и главен заден фокус /главни фокусни точки/.
f₁ и f₂ – предно и задно фокусно разстояние.
Q₁ и Q₂ – пресечните точки на продълженията от попадащите и пречупените лъчи /представени с пунктири/.
P₁ и P₂ – главни равнини на системата /оптични плоскости/. Те се определят от точките Q₁ и Q₂. Оптичната ос пробожда перпендикулярно главните равнини в точките H₁ и H₂, наречени главни точки.

      Самото действие, при което се пропуска светлината от обекта към светлочувствителната емулсия за да се “запечата” върху нея построеният от фотообектива образ, се нарича експониране или експозиция. Експозицията е с определено времетраене, наречено експозиционно време. То се задава в зависимост от осветеността на обекта, от чувствителността на емулсията към светлината и от отношението на фокусното разстояние /f/ на фотообектива, към диаметъра на отвора на неговата диафрагма /d/, определящо т. нар. относителен отвор (Фиг. 5). Относителният отвор е в пряка връзка със светлосилата, което е способността на обектива да възпроизведе върху емулсията на фотографския носител, изображение с дадена осветеност.

D – обект.
D’ – действителен обърнат образ на обекта.
H – главна точка – проекционен център на лещата.
P – главна равнина на тънката леща.
F₁ и F₂ – преден и заден главен фокус.
f – фокусно разстояние.
А – обектно /предметно/ разстояние – от обекта D до проекционния център на лещата H.
B – образно разстояние – от проекционния център на лещата H до образа на обекта D’.

      Току що използвахме две понятия: фокусно разстояние и диафрагма.
Фокусното разстояние (Фиг. 2 и 3) е разстоянието от задната главна оптична равнина на фотообектива до точката, в която се събира пречупената от него светлина, а диафрагмата (Фиг. 5) е устройство, разположено между оптичните лещи на фотообектива и се състои от няколко на брой непрозрачни подвижни пластини, позволяващи промяна на действащия отвор на обектива, т.е. на диаметъра на неговата “зеница”. Познато още като бленда, това устройство действа подобно на ириса на човешкото око – при намаляване на диаметъра на действащия отвор, през него преминава светлинен сноп с по-малко сечение, т.е. по-малко количество светлинна енергия и обратно. По този начин много прецизно може да се контролира светлосилата на фотообектива

А – обект разположен между предния фокус F’ и проекционния център H на лещата. Неговият образ А’ е недействителен.
В – обект разположен в предния фокус F’ на лещата. Образът му В’ се построява в безкрайността.
С – обект отдалечен на двойно фокусно разстояние f₂‘. Образът му С’ е действителен, обърнат, в същия мащаб и се построява на разстояние равно на задното двойно фокусно f₂.
D – светлина от точка на обект, отдалечен на безкрайност. Образът й D’ е действителен и се построява зад лещата, на разстояние равно на фокусното f.

      ЗАТВОРЪТ e устройството във фотоапарата, чрез което се осъществява експозицията. Според конструкцията си, затворите се разделят на два основни вида:

      централни затвори – представляват система от леки метални пластини, разположени непосредствено зад фотообектива или между неговите лещи. При задействане, те се отварят радиално, изчакват зададения по скалата на експозиционните времена интервал, през който се извършва самото експониране и след това се затварят. С такива затвори са снабдени най-често малките любителски фотоапарати с несменяеми обективи.
      Съществуват модели съвременни фотоапарати, при които централният затвор играе ролята и на диафрагма.

      фокални затвори – състоят се от две пердета или щори от лек непрозрачен материал, разположени непосредствено пред фотографския носител. При задействане, пердетата образуват между работните си краища процеп с определена ширина, който преминава пред кадъра така, че всяка точка от неговата повърхност /от емулсията/ да бъде осветена в продължение на зададеното експозиционно време. Трайността на експозицията при този тип затвори се определя от ширината на процепа и от скоростта, с която той пробягва пред кадъра. С такива затвори са снабдени много фотоапарати, при които визьорите използват фотообектива /SLR-камери – еднообективни огледално-рефлексни/.

D – диаметър /апертура/ на фотообектива – максимално възможният действащ отвор.
d – диаметър на диафрагмата /действащ отвор на “зеницата”/.
F – главен заден фокус.
Q – пресечна точка на продълженията от влизащия лъч L и пречупения L’, определяща главната равнина.
P – главна равнина. Често главната равнина на фотообектива е близо или съвпада с равнината, в която лежи диафрагмата.
H – задна главна точка. Това е точката, в която оптичната ос пробожда главната равнина P.
f – главно фокусно разстояние – измерва се от главната точка H до главния заден фокус F.

Текущо диафрагмено число – отношението 1:n, където n = f/d .
Oтносителен отвор на фотообектива – отношението 1/(f/D), т.е. най-голямото възможно диафрагмено число за даден фотообектив.

      ВИЗЬОРЪТ е оптичното устройство, чрез което определяме очертанията на снимката /кадрираме/. Съществуват много видове визьори, някой от които са конструирани така, че да улесняват фотографа при фокусирането на изображението. Такива са визьорите с вградени двойнообразни далекомери и визьорите на еднообективните огледално-рефлексни фотоапарати.

      I. рамков визьор – най-просто устроеният визьор. Състои се от две рамки с различни размери, монтирани на горната част на фотоапарата, през които се кадрира бързо и лесно.
      II – Нютонов визьор – най-простият оптичен визьор. Състои се от разсейващата леща 1 – обектив и събирателната 2 – окуляр. По конструкция той напомня обратно обърната Галилеева тръба.

      I – визьор на Албад – усъвършенстван Нютонов визьор. В близост до очната леща 2 е поставенио стъкло с нарисувана рамка, която се наблюдава с увеличение след отражението й в задната вдлъбната повърхност на първата разсейваща леща 1 /като от вдлъбнато огледало/. Рамката обикновено е с възможност за отчитане на паралакса. Паралакс се нарича несъвпадението на зрителните полета на визьора и на фотообектива, поради разстоянието между техните оптични оси. Това несъвпадение е по-голямо при фотографиране от близко разстояние.
      II – визьор на Марк – усъвършенстван вариант на визьора на Албад. Той се състои от разсейващата леща 1 и събирателната 2 като окуляр. Тук разликата е в прозорчето 3, зад което се намира плоско стъкло 4 с нарисувана рамка. Светлината преминала през прозорчето и рамката се отразява от плоското огледало 5 и втори път, но частично, от плоското стъкло 6, поставено пред окуляра 2 под ъгъл 45°. Напрактика фотографът наблюдава през окуляра 2 не само сюжета, но и увеличеният образ на рамката върху стъклото 4, като през лупа.

      I – огледално-рефлексен призмов визьор
1 – фотообектив, 2 – подвижно огледало, 3 – матирана леща или комбинация от френелова леща и матово стъкло, снабдени с микрорастер или микроклинове за улесняване на фокусирането, 4 – изправяща образа пентапризма, 5 – очна леща /окуляр/, 6 – фокален затвор на фотоапарата, 7 – равнина на кадъра /филм/.
      II – огледално-рефлексен шахтов визьор
1 – фотообектив, 2 – подвижно огледало, 3 – матирана леща или матово стъкло.
      При много от еднообективните огледално-рефлексни фотоапарати има възможност горното тяло, съдържащо пентапризмата и очната леща да се свали, с което виздорът се превръща в шахтов.

      При двуобективните фотоапарати с шахтови визьори, единият обектив обслужва визьора а през другия се извършва фотографиането. Устройствата за фокусиране на двата обектива са механично свързани, така че когато върху матовото стъкло на визьора се установи контрастен образ, то фокусировката е валидна и за снимачния обектив. Предимството на тези апарати е, че обекта се наблюдава по време на самото фотографиране, тъй като огледалото на визьора е неподвижно.

      Лъчите L₁ и L₂ влизат съответно през разсейващата леща 1 и прозорчето 2, раздалечени на разстояние B /базово разстояние/. Лъчът L₂ се отразява в подвижното огледало 3 и повторно се отразява в стъклената пластина 5, през която праволинейно преминава и лъчът L₁. Устройството за фокусиране на фотообектива е механично свързано с подвижното огледало 3, което се завърта на определен ъгъл при разсъгласуване на фокуса, така че изображението в окуляра 6 изглежда раздвоено.

      При двойнообразните далекомерни визьори (Фиг. 7.b) образът се наблюдава през две оптични системи, разположени на определено базово разстояние една от друга, но с общ окуляр. Фокусировката се извършва чрез сливане на раздвоеното изображение в окуляра, посредством подвижно огледало, механично свързано с устройството за фокусиране на обектива. Тези визьори позволяват удобно и бързо извършване на фокусировката. С такива са снабдени много модели фотоапарати “Киев”, “Фед”, “Зорки” и др.

      При еднообективните фотоапарати с огледално-рефлексни визьори (Фиг. 6.c I и II) изображението се наблюдава през фотообектива, посредством подвижно огледало разположено зад него под ъгъл 45°. Непосредствено преди експозицията огледалото се вдига автоматично за да не закрива кадъра, т.е. обекта се наблюдава до момента на заснемането му. Огледалото се връща в изходно положение веднага след експозицията или /при някой по-стари модели огледално-рефлексни фотоапарати/ по време на превъртането на филма на следващ кадър.
      При огледално-рефлексните призмови визьори фокусирането се извършва върху матирана плоско-изпъкнала леща или върху френелова леща с долепено до нея матово стъкло, в централната част на което е образувана кръгла област с релефна микропризматична структура – т.нар. микрорастер /фотоапарати Практика, Зенит и др./. Възможно е вместо микрорастер, на същото място да бъдат залепени двойка срещуположно ориентирани прозрачни клинове /микроклинове/, през които разфокусираното изображение изглежда раздвоено. Такива са визьорите на някои модели фотоапарати Практика, Екзакта и др.
      При огледално-рефлексните шахтови визьори образът се наблюдава вертикално, върху матово стъкло или матирана леща – едно голямо удобство при снимане от ниско положение.

      Огледално-рефлексните визьори имат едно голямо предимство пред останалите – те дават възможност изображението да се наблюдава така, както го предава фотообектива – в същия мащаб и контраст. С това отпадат много трудности по фокусирането при работа със сменяеми фотообективи или в случаите, когато за решаването на по-специални задачи е необходимо присъединяване на фотоапарата към други оптични уреди – микроскопи, спектрографи, астрономически инструменти и др. Най-често обаче ъгловият обхват на тези визьори не покрива изцяло обхвата на кадъра, което затруднява точното определяне на очертанията на снимката. Покритието на визьора е 90 до 97% от обхвата на кадъра, рядко повече, но за някои модели Зенит то е едва 64%!
      Другата страна на този въпрос е отрязването на крайните части от негативното изображение при откопирането на позитивните копия, което зависи от формата на последните. По принцип малко отрязване винаги се допуска, но забележете, че от най-често ползваните формати 9/13, 10/15 и 13/18 само втория е с точно съотношение на страните 2:3, каквото е на негатива. При другите два формата по-същественото отрязването на краищата на картината е неизбежно!

      ЕКСПОНОМЕТЪРЪТ /светломерът/ е прибор, с който можем точно да определим параметрите на експозицията. Експонометрите могат да бъдат самостоятелни уреди – т.нар. ръчни светломери или устройства, вградени в корпуса на фотоапарата. Те се състоят най-общо от светлочувствителен елемент /селенов или силициев фотоелектрически елемент, фотоклетка, фототранзистор, фоторезистор или др./, който е свързан към регистриращо устройство /миливолтметър/ или към сложно електронно устройство, пряко управляващо затвора на фотоапарата. Регистриращото устройство отчита параметрите на експозицията според осветеността на обектите влизащи в обхвата, върху система от скали, разграфени в стандартните диафрагмени числа и стойности на експозиционните времена. Регистриращото устройство на вградените експонометри може да бъде само индикатор /стрелкова система, светодиод или др./, служещ за ориентация на фотографа по време на настройката на експозицията. Някой по-съвременни модели фотоапарати използвани и в професионалната практика, са снабдени с вградени експонометрични устройства за вътрешно-кадрово измерване, с чиято помощ прецизно може да се определи експозицията според осветеността само на обектите, попадащи в полезрението на фотообектива или дори според осветеността само на някои от тези обекти /т. нар. спот-мерене/. За разлика от тях, при много модели любителски фотоапарати, експонометричното устройство служи просто за да сигнализира при недостатъчна осветеност или за да задейства тогава вградената фотосветкавица.

      Други по-съществени устройства във фотоапарата са транспортния механизъм за превъртане на филма и свързаният с него брояч на кадрите. Транспортния механизъм може да бъде ръчно задвижван или автоматизиран – задвижван с електродвигател. Като негова характеристика може да се посочи времето, за което той може да превърти филма на следващ кадър и едновременно с това да подготви затвора за нова експозиция. Това е т.нар. работен цикъл, който за автоматизираните фотоапарати е с продължителност под 1s и дава възможност за бързо заснемане на серия от няколко кадъра.
      Броячът на фотоапарата отброява вече експонираните кадри от филма или следи за броя на оставащите свободни кадри.

      Върху корпуса на фотоапарата могат да бъдат монтирани някой допълнителни устройства, повишаващи неговата функционалност.
      Самоснимачното устройство позволява осъществяване на експозиция без присъствието на човек в близост до фотоапарата. При някои фотоапарати това устройство може да се използва и в случаите, когато е необходимо да се осъществи по-дълготрайна експозиция при гарантирана неподвижност на установката.

      Синхронизираният със затвора контакт за фотосветкавицата /синхрон-контакт/ обикновено се намира върху горната част на фотоапарата. Той се задейства при осъществяване на експозиция, когато затворът е в максимално отворено състояние. Върху скалата на експозиционните времена, близо до някоя от стойностите е отбелязано значението “X” /например 125-X/ или е изрисуван символ за светкавица, което означава, че при това задание е включена или най-правилно се извършва синхронизация за фотосветкавицата. При фокалните затвори, синхронизацията е валидна когато зададеното времетраене на експозицията е такова, че затворът има ширина на процепа равна на дължината /респ. ширината за вертикалните затвори/ на кадъра, т.е. фотосветкавицата трябва да се задейства след като първото перде изцяло се отвори, но преди да се спусне второто. Такъв режим на работа имаме например при времетраене 1/30s за фотоапаратите Зенит, при 1/60s за някои модели Минолта, при 1/125s за Практика и пр. Съвременните фотосветкавици имат минимално време на запалване и разгаряне на дъговия разряд в лампата – за около 1/300s. При някои по-стари модели фотоапарати, съществува възможност да се зададе предварващо задействане на контакта, с цел максималното разгаряне на лампата да съвпадне по-точно с момента на експозицията. До превключвателя задаващ предварването можете да срещнете означенията “M” – за работа с фотолампи тип Вакублиц, “F” – за работа с по-бързо разпалващи се лампи и “X” – за работа с електронни светкавици.

      Така накратко може да се опише “тайнството” на запазването на фотографския образ и предназначението на най-важните възли в устройството на фотоапарата. От казаното до тук запомнете, че от правилното подбиране на четирите параметъра: осветеност на обекта, светлочувствителност на емулсията на носителя, относителен отвор на обектива и времетраене на експозицията, зависи до колко сполучлива ще бъде всяка една ваша фотография!

      Макар задачата по определянето на експозиционните параметри при съвременните фотоапарати да е възложена на вградените в тях електронни експонометри, нерядко могат да възникнат случаи, когато е наложително показанията на електрониката да бъдат коригирани от нас по подходящ начин, например за да постигнем оптимална плътност на изображението на даден обект, различно осветен от останалите. Естествено, това може да стане само ако устройството на фотоапарата позволява подобни корекции. От тази гледна точка бих ви препоръчал следното: ако желаете да постигнете по-големи успехи във фотографията, не ползвайте напълно автоматизирани любителски фотоапарати, при които параметрите на експозицията се управляват пряко от електронния експонометър или такива, при които скоростта на затвора е постоянно установена и обективите са с фиксирана хиперфокална фокусировка /на фикс-фокус/! Ползвайте по-професионална фотографска техника, която освен че е по-качествена, ще ви предложи и повече възможности – включително тази, за ръчно коригиране на експозицията според вашите предпочитания.

      За да изясним в общи линии цялата картина на фотографския процес, нека съвсем накратко да проследим следващите негови етапи, с което за малко ще излезем извън темата на статията.
      Скритият след експонирането фотографски образ /латентния образ/ може да бъде видян едва след лабораторна обработка, наречена проявяване. При проявяването фотографският носител се подлага на въздействието на вещества наречени проявители, които продължават много по-интензивно започнатия при експонирането фотохимичен процес на разпадане на осветените кристали сребърен халогенид. Проявителите имат избирателно действие – те бързо редуцират само осветените кристали халогенид, като ги преобразуват до метално сребро, създавайки така видимото фотографско изображение.
      При проявяването на цветен фотографски носител (Фиг. 1.b), намиращите се в неговите три светлочувствителни слоя недифундиращи цветни вещества взаимодействат с окисленото проявяващо вещество и обагрят слоевете по следния начин: горният несенсибилизиран слой (2), чувствителен към сините и виолетовите лъчи се обагря в жълто, зеленочувствителния слой (3) се обагря в пурпурно, а червеночувствителния (4) – в синьо-зелено.
      Необходимо е процесът на проявяване да бъде прекъснат в момент, когато плътността на проявяваното фотоизображение е най оптимална. Това става при фиксирането – обработване на носителя с фиксиращо вещество /фиксаж/, което има свойството да извлича от емулсията на носителя останалите нередуцирани халогениди, превръщайки ги във водоразтворими съединения. Едва след този процес, фотографският носител може да бъде изнесен на светлина за да бъде разгледано проявеното изображение.
Получения след проявяването фотографски образ може да бъде цветен или черно-бял, в зависимост от типа на носителя. Той също така може да бъде негативен – в обратими цветове или в противоположни нива на сивото, или позитивен – в реални цветове или нива на сивото, което също зависи от типа на носителя.
      Рядко първоначалният фотографски образ е в мащаб от порядъка на размерите на самите обекти – най-често той е силно умален и обърнат.
      Фотографският образ може да бъде копиран на други насители, най-често от негативен носител /филм, фотоплака/ върху фоточувствителна хартия /т.нар. позитивен процес/, при което се получава крайното позитивно изображение. Освен това фотографският образ може да бъде допълнително обработван: увеличаван, умаляван, наслагван върху други изображения при изработване на фотомонтажи, скениран и обработван с електронно-изчислителни машини и пр.

      Стана ясно, че фотографския обектив е първият прибор, който трябва да използваме за да получим всяко първоначално фотоизображение. Той е най-важният компонент в конструкцията или в комплектацията на всеки фотоапарат. Много от любителските фотоапарати са снабдени с несменяеми фотообективи, но при по-добрите модели е предвидена възможност за тяхната замяна с други, различни по вид, според нуждата и желанието на фотографа. За да се избегне понякога неудобната и често налагаща се смяна на обективите, някои по-съвременни фотоапарати са снабдени с т.нар. вариообективи /зум-обективи/, върху които ще спрем вниманието си по-късно.
      Фотографските обективи притежават някои основни характеристики и параметри, чрез които се описват и класифицират. Тяхното познаване е от голямо значение за вашият успех като фотограф – любител или професионалист. В началото на тази статия вече отделихме внимание на някои от тези характеристики, но в следващите абзаци ще изясним още по-обстойно същността и значението им.

      Наклонените спрямо главната оптична ос снопове от успоредни лъчи b и c се фокусират във фокалната равнина h2, която се намира по-близо до лещата от фокалната равнина h1 на перпендикулярно падащия сноп a.

      Една важна характеристика за всеки фотографски обектив е типът на оптичната му схема. Колкото по съвършена е оптичната схема на даден обектив, толкова по-висококачествено изображение ще рисува той, с по-висок и по-равномерно разпределен контраст по цялата площ на кадъра.
      Oптичните схеми на фотообективите представляват комбинации от различен брой лещи, с различна форма и пречупваща мощност, но задължително с общ фокусиращ ефект. Тези комбинации са съставени с цел отстраняване на немалкото оптични дефекти, които притежава простата леща: сферична аберация, кома, хроматична /цветна/ аберация, астигматизъм, сферично огъване на изображението и др. (Фигури 8, 9, 10, 11 и 17). Вижте също неравномерна осветеност на фотообраза – винетиране (вигнетинг).

      Изкривяване на геометричните форми на обекта, в зависимост от местоположението на диафрагмата:
a – негативна дисторсия,
b – позитивна дисторсия,
c – отстранена дисторсия, чрез симетрично разположение на оптичните елементи спрямо диафрагмата.

      Според конструкцията си, обективите се подразделят на две основни групи – астигмати и по-усъвършенстванитее съвременни анастигмати. Ето някои от астигматите:

      МЕНИСК НА ВОЛАСТЪН – най-простият обектив, представляващ събирателен мениск, поставен зад много свита диафрагма, с което донякъде се избягват дефектите на простата леща.

      ОБЕКТИВ ПЕРИСКОП – конструиран през 1865г. от Шайнхайл, той е първият симетричен обектив. Състои се от две менискови лещи, обърнати с изпъкналите си страни навън, между които е поставена диафрагма с малък относителен отвор – 1:8 до 1:16. Симетричното разположение на лещите спрямо диафрагмата компенсира дисторсията /изкривяване на геометричните форми в краищата на зрителното поле/, но всички останали оптични дефекти са неотстранени. Тези обективи не намират приложение в съвременната фототехника. Срещат се при някои стари модели фотоапарати, но поради това, че възпроизвеждат точно геометричните форми, все още намират приложение в презентационната техника – шрайбпроектори, диапроектори и др., където нерядко се срещат в модифициран вид.

      ОБЕКТИВ АХРОМАТ – той се състои от двойка слепени лещи – събирателна и разсейваща, изработени съответно от кроново и флинтово стъкло, имащи различни коефициенти на пречупване. При този обектив е отстранена хроматичната аберация за сините и жълтите лъчи, които се събират в общ фокус, но остават некоригирани червените лъчи. Съществуват близки по конструкция обективи наречени апохромати, при които добре е коригирана цветната аберация за сините, зелените и червените лъчи.
      Тези типове обективи рядко намират приложение в съвременната фототехника, тъй като при тях остават неотстранени астигматизма и сферичното огъ ване на изображението – причините, поради които възпроизвеждат контрастно само в централната част на фокалната равнина.
      Ахроматите обаче намират приложение като обективи за бинокли, далекогледни тръби и телескопи-рефрактори, където поради сравнително малкия ъглов обхват на тези прибори, последните два дефекта са по-незабележими. Освен това поради малкия брой на лещите съставящи ахромата – само две, е възможно срещу допустима цена да бъдат изработени такива обективи с по-големи диаметри, което означава по-добри оптични характеристики за притежаващите ги инструменти.

      В конструкциите на съвременните фотографски обективи често се срещат слепени двойки лещи, наричани по-кратко двуелементни лещи или дублети, участващи по различен начин в техните оптични схеми. Като пример ще посочим следващия тип обектив – апланатът.

      АПЛАНАТЪТ – конструиран също от Шайнхайл, той се състои от два ахромата разположени симетрично спрямо диафрагма – по подобие на обектива перископ. Всеки един от двата ахромата е коригиран и може да се използва самостоятелно. При този обектив са добре отстранени сферичната, хроматичната аберация и дисторсията, но при по-големи относителни отвори остават некоригирани сферичното огъване на изображението и астигматизма.
      Близък по конструкция е и обективът на Пецвал, конструиран през 1841г. Той е първият предварително изчислен обектив, с конструирането на който се поставя началото на изчислителната оптика. Усъвременени разновидности на Пецваловия обектив намират приложение и днес в портретната фотография и в прожекционната техника.

      Прави впечатление, че до тук изброените фотообективи бяха с неотстранен или с лошо отстранен астигматизъм – един сериозен оптичен дефект, чиято същност ще илюстрираме по-подробно.

      Нека от излъчващ точков светоизточник, с помощта на диафрагма да отделим светлинен сноп с кръгло сечение, който да попада в обектив-ахромат, под наклон спрямо главната му оптична ос (Фиг. 17). Да разгледаме как ще се пречупят лъчите от този сноп, лежащи в две взаимно перпендикулярни равнини, пресичащи се по неговата ос т.е. по протежение на централния лъч. Нека още тези равнини са ориентирани така, че едната от тях да съдържа и главната оптична ос на обектива. Ако с помощта на непрозрачен екран с процеп пропуснем последователно лъчите лежащи в едната и в другата равнина, като при това измерваме и фокусното разстояние, ще забележим, че лъчите от равнината, съдържаща главната оптична ос се събират по-близо зад обектива от тези, лежащи в перпендикулярната на нея равнина. Ако махнем екрана, образът на точковия светоизточник ще наподобява кръст, на който двете съставящи го линии лежат в различни фокални равнини, отстоящи от обектива на вече измерените разстояния.

a и b – две взаимно перпендикулярни равнини, пресичащи се по протежение на централния лъч на светлинния сноп, попадащ под ъгъл a спрямо главната оптична ос. В случая равнината b съдържа главната оптична ос.
Fa и Fb – фокуси за лъчите, лежащи в двете равнини a и b.
df – разлика във фокусните разстояния за лъчите от двете равнини.
O – проекционен център на обектива.

      Разликата df във фокусите за лъчите от двете равнини силно зависи от ъгъла a, под който попада светлинния сноп в обектива. Например за ахромат с фокусно разстояние 200mm, при ъгъл на светлината от около 35° спрямо главната оптична ос, тази разлика може да бъде до няколко сантиметра! Причината за това непренебрежимо “размазване” на фокуса е в различната повърхностна кривина, която лъчите срещат по двете направления, водеща до нееднаквото им пречупване през обектива.
      Всички гореспоменати обективи, при които астигматизма не е отстранен, се класифицират в обща група – тази на обективите астигмати.
      Астигматизма се отстранява трудно чрез сложни комбинации от лещи с различна форма, изработени от породи стъкла с различен коефициент на пречупване, при това комбинирани така, че да бъдат отстранени възможно по-добре и останалите недостатъци на простата леща. Тези сложни и съвършени оптични схеми влкючващи от три до осем лещи, са характерни за съвременните фотографски обективи. Поради това, те се класифицират към групата на анастигматите.
      Този тип обективи са с по-голяма светлосила и дават качествено изображение по цялата площ на кадъра. Сега ще разгледаме оптичните схеми на някои от най-разпространените обективи-анастигмати:

      АНАСТИГМАТ НА ДАГОР – конструиран през 1892г. Той има впечатляващи за времето си качества – състои се от два триелементни компонента, симетрично разположени спрямо диафрагма. Възоснова на него през 1893г. Карл Цайс произвежда обектива “Двоен протар” съставен от два четириелементни компонента. Подобни на тях са обективите “Биотесар” на Цайс и “Хелиар” на Фойглендър.

      ПРОСТ ТРИПЛЕТ – конструиран е от Денис Тейлър през 1893г. Той е един често срещан обектив, представляващ най-просто устроеният анастигмат. Той се състои от три лещи, от които първата е плоско-изпъкнала, втората е двойно-вдлъбната, а третата – несиметрично двойно-изпъкнала, обърната с по-изпъкналата си страна навън /назад/ към фокалната равнина. Диафрагмата е разположена между втората и третата леща.
      Някои често разпространени обективи от този тип са Т-22 и Т-43 на фотоапаратите от серията “Смяна”, немските “Meritar” на фотоапаратите “Beirette”, “Триотар” на Цайс, “Триоплан” на Майер и др.

      СЛОЖЕН ТРИПЛЕТ – известен още като подобрен триплет, конструиран от Паул Рудолф през 1902г. Устройството му е подобно на простия триплет, с тази разлика, че третата най-задна леща е заменена с ахроматна слепена двойка лещи. Обективите от този тип са често срещани и са известни с добрите си качества – те рисуват остро по цялата площ на кадъра. Такива са обективите от серията “Индустар”, “Цайс-Тесар”, “Елмар” на Лайц, “Ксенар” на Шнайдер, “Примотар” на Майер, чешките “Белар” на Меопта, “Скопар” на Фойглендър и др.

      Чрез усложняване на конструкцията на триплета са построени още по-висококачествени оптични схеми, включващи от четири до осем лещи. Такива са обективите “Биотар” и “Зонар” на Цайс, “Флектогон”, “Юпитер-8”, “Юпитер-11”, сериите “Хелиос”, “Пентакон” и др.

      Днес проектирането и конструирането на оптични системи е немислимо без използването на електронно-изчислителна техника и специализиран софтуер. На URL http://members.kabsi.at/i.krastev/modas.html, можете да се запознаете и да свалите специализирания продукт “Modern Optical Design and Analysis Software” /MODAS/ freeware, авторство на българския оптик Иван Кръстев.

      В оптичните схеми на някои съвременни свръхсветлосилни фотообективи са включени лещи от флуоритни и лантанови стъкла, имащи по-високи коефициенти на пречупване от обикновените флинтови и кронови стъкла. Това обаче ускъпява много обектива. Освен това, тези породи стъкла са радиоактивни и макар лъчението им да е слабо, не бива да държите за по-дълго близо до себе си прибори с такава оптика! Друг недостатък на тези обективи е, че те стареят и след години корекциите им от оптичните дефекти се влошават.

      До тук класифицирахме фотообективите според конструкцията и качеството на оптичните им схеми. Но в практиката освен на тези техни особености, се обръща внимание и на оптикогеометричните параметри, описващи всеки конкретен обектив: неговото фокусно разстояние, ъглов обхват, максимален относителен отвор и др. Във втора част на тази статия ще коментираме по-подробно всеки един от тези параметри и ще илюстрираме използването им в практиката с няколко примера.